JPH0766728A - アナログディジタル変換器 - Google Patents

アナログディジタル変換器

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JPH0766728A
JPH0766728A JP5207457A JP20745793A JPH0766728A JP H0766728 A JPH0766728 A JP H0766728A JP 5207457 A JP5207457 A JP 5207457A JP 20745793 A JP20745793 A JP 20745793A JP H0766728 A JPH0766728 A JP H0766728A
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analog
channel mos
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input terminal
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裕高 原田
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    • H03MCODING; DECODING; CODE CONVERSION IN GENERAL
    • H03M1/00Analogue/digital conversion; Digital/analogue conversion
    • H03M1/12Analogue/digital converters
    • H03M1/34Analogue value compared with reference values
    • H03M1/38Analogue value compared with reference values sequentially only, e.g. successive approximation type
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  • Theoretical Computer Science (AREA)
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 ゲートを十分昇圧できなくともスイッチをオ
ンさせ、差動増幅器の入力端子の余分な電圧を除去して
変換精度を高める。 【構成】 接続部106と接地端子との間に挿入され、
その接続を断続する第3のNチャネルMOS FET1
12と、接続部110と接地端子との間に挿入され、そ
の接続を断続する第4のNチャネルMOS FET11
3と、接続部106と接続部110との間に挿入され、
その接続を断続する第5のNチャネルMOS FET1
14と、昇圧信号φをインバータ118および一端を接
地されたコンデンサ124の前後から入力して、これら
3つのNチャネルMOS FET112,113,11
4の各ゲートに駆動パルスを出力するノア(NOR)回
路123とを有する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、アナログディジタル変
換器、以下A/D変換器という、に関し、特に高精度を
要求される逐次比較型A/D変換器に関する。
【0002】
【従来の技術】逐次比較型A/D変換器は、ディジタル
アナログ(D/A)変換器と、比較器と、逐次比較用レ
ジスタおよび制御ロジックとを含む帰還ループにより構
成され、入力されたアナログ電圧ViとD/A変換器の
出力電圧Vdとを制御ロジックにより等しくし、このと
きのD/A変換器への入力ディジタル値をA/D変換器
の出力ディジタル値として出力するものである。D/A
変換器出力Vdとアナログ入力Viとを等しくするとき
は、最初D/A変換器の最上位ビット(MSB)を1に
設定し、そのときのD/A変換器の出力Vd(基準電圧
のフルスケールVsの1/2)とアナログ入力電圧Vi
とを比較器で比較する。Vi>Vd(=Vs/2)であ
ればMSB=1のまま、Vi<VdであればMSB=0
に戻した後、Vdを(3/4)VsまたはVs/4とし
て順次2ビット目以下の比較動作を行なう。このように
して最下位ビット(LSB)までのディジタル値が求め
られる。
【0003】従来の逐次比較型A/D変換器の回路構成
の例を図4AおよびBに示す。
【0004】図4Aにおいて、スイッチ316,318
がオン、320がオフの状態でアナログ入力信号が入力
端子301からコンデンサ317にサンプリングされ
る。また、同時にスイッチ322がオンとなり、コンデ
ンサ321には電源電圧Vdが両電極に印加される。次
にスイッチ316,318,322がオフになり、アナ
ログ入力信号がコンデンサ317にホールドされる。次
にスイッチ320がオンとなり、逐次比較が行なわれ、
その変換結果が逐次比較レジスタ315に保持される。
【0005】また、他の従来例として特開昭61−12
6823号に開示されたA/D変換器を図4Bに示す。
アナログ入力信号をコンデンサにサンプリングし、ホー
ルドするチョッパ安定比較器を内蔵したA/D変換器に
おいて、前の被変換アナログ入力信号電圧と次の被変換
アナログ入力信号電圧との間に電位差がある場合は、次
の被変換アナログ入力信号をサンプリングするとき、コ
ンデンサの充、放電により瞬間的にいわゆるラッシュ電
流が流れる。このA/D変換器は、このラッシュ電流を
低減して信号源の抵抗が大きいアナログ信号でも高精度
に変換可能とすることを目的として、D/A変換器31
4の出力の比較基準電圧またはその中位点の電圧を切り
替えて、サンプリング用のコンデンサ305または差動
増幅器308の2つの入力端子にそれぞれ入力するもの
である。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】しかし、上述の特開昭
61−126823号に開示のA/D変換器は、精度向
上のためにバイアス依存性の少ないコンデンサを必要と
し、そのためには2層ポリシリコン形成などの製造工程
を追加しなければならない。一般には、工程短縮のた
め、1端をNウエルとするようなMOSコンデンサが使
用され、図4Aの第1の従来例のように、バイアス依存
性の大きいことに対しては、アナログ信号のサンプリン
グ時にコンデンサの一端に比較基準電圧Vdを印加して
いた。アナログ信号入力時には、差動増幅器308の入
力端子324の電位がVdより高くなるので、スイッチ
318をPチャネルMOS FETとした場合、スイッ
チを形成するNウエルとP型拡散層に順方向のバイアス
がかかり、コンデンサ317に保持されていた電荷が漏
洩する。したがって、スイッチ318,322は、Nチ
ャネルMOS FETにより形成され、オンの動作時に
はチャネル抵抗を低減させるためにゲートを昇圧して使
用している。しかし、ゲート耐圧の観点から昇圧電位に
は上限があり、ゲートの昇圧不十分のためにスイッチを
構成するNチャネルMOS FETのオン抵抗が高くな
り、コンデンサの端子電位がVdとならず、その結果、
変換精度の劣化を招くという欠点があった。
【0007】本発明の目的は、上述の欠点を解消し、差
動増幅器の入力端子に基準電圧を供給する回路のスイッ
チのゲートを十分昇圧できなくともスイッチをオンさせ
ることができるA/D変換器を提供することにある。
【0008】
【課題を解決するための手段】本発明のA/D変換器
は、動作中の所定の期間、差動増幅器の第1および第2
の入力端子の間を短絡し、かつ、これら2つの入力端子
をともに接地する手段を有する。
【0009】この手段は、差動増幅器の第1の入力端子
と電圧源の間に接続された第1のNチャネルMOS F
ETと、差動増幅器の第2の入力端子と電圧源の間に接
続された第2のNチャネルMOS FETと、差動増幅
器の第1の入力端子と接地端子の間に接続された第3の
NチャネルMOS FETと、差動増幅器の第2の入力
端子と接地端子の間に接続された第4のNチャネルMO
S FETと、差動増幅器の第1の入力端子と差動増幅
器の第2の入力端子の間に接続された第5のNチャネル
MOS FETと、第1および第2のNチャネルMOS
FETのゲートに供給する電圧を昇圧する昇圧回路
と、昇圧回路の昇圧開始の所定期間のみ第3、第4およ
び第5のMOS FETのゲートにパルス波を供給する
パルス波発生回路とからなる。
【0010】
【作用】昇圧回路の昇圧開始の所定期間のみ、第3、第
4および第5のMOS FETのゲートにパルス波が供
給されることにより、差動増幅器の第1、第2の入力端
子がともにこの期間に接地、短絡され、等電位となる。
【0011】
【実施例】次に、本発明の実施例について図面を参照し
て説明する。
【0012】1は本発明のA/D変換器の一実施例の構
成を示すブロック回路図、図2は図1の実施例のタイミ
ングチャート、図3は第2の実施例のブロック回路図で
ある。
【0013】図1において、本実施例のA/D変換器
は、入力端子101のアナログ入力電圧をスイッチ10
2を介して一時保存し、さらにスイッチ103へ切替る
ことによりD/A変換器128の出力が印加されるコン
デンサ105と、電源電圧と比較基準電圧が両側の端子
に印加されるコンデンサ109と、これらのコンデンサ
の出力端子がそれぞれ接続され、入力される両者の電圧
の差動増幅を行なう差動増幅器115と、差動増幅器1
15の出力に応じてディジタル信号に変換し、かつ、各
部の動作を制御する逐次比較レジスタ127と、変換さ
れたディジタル信号をアナログ電圧に変換して差動増幅
器115の入力側に帰還するD/A変換器128と、コ
ンデンサ105と差動増幅器115との接続部106と
比較基準電源108との間に挿入され、ゲートに昇圧回
路116の出力に応じてサンプリングとホールドを行わ
せるために接続する第1のNチャネルMOS FET1
07と、コンデンサ109と差動増幅器115の接続部
110と比較基準電源108との間に挿入され、ゲート
に昇圧回路116の出力に応じてコンデンサ109に比
較基準電圧を印加する第2のNチャネルMOS FET
111とからなる従来と同様なA/D変換器において、
さらに次のような回路を付加したものである。すなわ
ち、本実施例のA/D変換器は、接続部106と接地端
子との間に挿入され、その接続を断続する第3のNチャ
ネルMOS FET112と、接続部110と接地端子
との間に挿入され、その接続を断続する第4のNチャネ
ルMOSFET113と、接続部106と接続部110
との間に挿入され、その接続を断続する第5のNチャネ
ルMOS FET114と、昇圧信号φをインバータ1
19および一端を接地されたコンデンサ124の前後か
ら入力して、これら3つのNチャネルMOS FET1
12,113,114の各ゲートに駆動パルスを出力す
るノア(NOR)回路123とを有する。
【0014】次に、この回路の動作について図1および
図2を参照して説明する。
【0015】アナログ入力信号をサンプリングするとき
は、スイッチ102がオン、スイッチ103がオフとな
り、コンデンサ105の入力端子には入力端子101か
らのアナログ入力信号が入力される。それと同時に昇圧
信号φが「0」になる(図2のa)。 昇圧信号回路の
インバータ119の出力端子120の電位は、これによ
って反転されるが、コンデンサ124のために図2のよ
うに反転時期に遅れを生じる。この2つの反転a,bに
より、NOR回路123の出力は、図2にcとして示す
ようにパルス波となり、このパルス波の期間だけ第3,
4,5の3つのNチャネルMOS FETを駆動してゲ
ートを開く。したがって、サンプリングの間にコンデン
サ105の出力側の接続点106の電位は、充電された
余分な電荷が接地端子に流出し、その後昇圧回路116
の駆動によるスイッチ107,111のオンにより、電
源電圧Vdまで、図2のdにしめすように上昇する。そ
れと同時にM0S FET114がオンとなることによ
り、差動増幅器115の2つの入力部である接続部10
6,110の電位が等しくなるので、第1のNチャネル
MOS FET107の昇圧が不十分で、そのオン時の
抵抗が大きくても、接続部106の電位をほぼVdに等
しくし、しかもその電位は接続部110の電位とも等し
くすることができる。
【0016】次に、本発明の第2の実施例について図3
により説明する。
【0017】第2の実施例は、差動増幅器115のアナ
ログ入力信号側の接続部106と比較基準電圧入力側の
接続部110との間に接続された第5のNチャネルMO
SFET201のゲートを、他のゲートとは別にインバ
ータ119の入力前の昇圧信号φに接続された昇圧回路
203の出力により駆動するようにしたものである。こ
のことにより、第1、第2のNチャネルMOS FET
107,111がオンとなって2つの接続部106,1
10に電源電圧が印加されているとき、サンプリング時
にこれらの接続部の電位をより等電位に近付けることが
できる。
【0018】上述の第1ないし第5の各NチャネルMO
S FET107−201は、低しきい値のNMOS
FETに置き換えても同様の効果が得られる。
【0019】
【発明の効果】本発明のA/D変換器は、差動増幅器の
2つの入力部のそれぞれと接地端子との間、およびこれ
らの入力部間に接続を開閉できるスイッチを設け、昇圧
信号によりそれらのスイッチを駆動することにより、ア
ナログ入力信号をサンプリングするとき、コンデンサに
蓄積される余分な電荷を放電することができて、変換器
の精度を高めることができる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の1実施例の構成を示すブロック回路図
である。
【図2】図1の実施例のタイミングチャートである。
【図3】第2の実施例のブロック回路図である。
【図4】従来のA/D変換器のブロック回路図である。
Aは第1の従来例のブロック図である。Bは第2の従来
例のブロック図である。
【符号の説明】
101,301 アナログ信号入力端子 102,103,316,318,320,322
スイッチ 105,109,124,305,317,321
コンデンサ 106,110 接続点 107,111,112,113,114,201
NチャネルMOS FET 108 基準電源端子 115,308 差動増幅器 116,203 昇圧回路 119 インバータ 123 ノア(NOR)回路 127,315 逐次比較レジスタ 128 D/A変換器

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 ディジタル変換すべきアナログ信号が第
    1の容量素子を介して入力される第1の入力端子と基準
    電圧が第2の容量素子を介して入力される第2の入力端
    子とを有し、前記2つの入力端子から入力される電圧を
    差動増幅する差動増幅器と、前記差動増幅器の出力電圧
    に応じてディジタル信号を出力する逐次比較レジスタ
    と、前記逐次比較レジスタから出力されたディジタル信
    号に応じてアナログ信号を出力するディジタルアナログ
    変換器と、前記差動増幅器の第1の入力端子に供給する
    信号を前記ディジタルアナログ変換器の出力信号とディ
    ジタル変換すべきアナログ入力信号のいずれかに切替え
    る入力回路とからなるアナログディジタル変換器におい
    て、 動作中の所定の期間、前記差動増幅器の第1および第2
    の入力端子の間を短絡し、かつ、前記2つの入力端子を
    ともに接地する手段を有することを特徴とするアナログ
    ディジタル変換器。
  2. 【請求項2】 差動増幅器の第1および第2の入力端子
    を動作中の所定の期間短絡し、かつ、これらをともに接
    地する手段は、差動増幅器の第1の入力端子と電圧源の
    間に接続された第1のNチャネルMOS FETと、差
    動増幅器の第2の入力端子と電圧源の間に接続された第
    2のNチャネルMOS FETと、差動増幅器の第1の
    入力端子と接地端子の間に接続された第3のNチャネル
    MOSFETと、差動増幅器の第2の入力端子と接地端
    子の間に接続された第4のNチャネルMOS FET
    と、差動増幅器の第1の入力端子と差動増幅器の第2の
    入力端子の間に接続された第5のNチャネルMOS F
    ETと、前記第1および第2のNチャネルMOS FE
    Tのゲートに供給する電圧を昇圧する昇圧回路と、前記
    昇圧回路の昇圧開始の所定期間のみ、前記第3、第4お
    よび第5のMOSFETのゲートにパルス波を供給する
    パルス波発生回路とからなる請求項1に記載のアナログ
    ディジタル変換器。
  3. 【請求項3】 第1および第2のNチャネルMOS F
    ETのゲートを昇圧する第1の昇圧回路と、第3および
    第4のNチャネルMOS FETのゲートへパルス波を
    供給するパルス波発生回路と、第5のNチャネルMOS
    FETのゲートを昇圧する第2の昇圧回路とを有する
    請求項2に記載のアナログディジタル変換器。
  4. 【請求項4】 第1乃至第5の全てのNチャネルMOS
    FETが低しきい値である請求項2または3に記載の
    アナログディジタル変換器。
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